A Quasi-Steady State Shell and Shrinking Core Approach to the Drying of Porous Particles and an Example of Parameter Identification

Authors

  • James L. Manganaro

    Corresponding author
    1. New Jersey Center for Microchemical Systems, Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, U.S.A. 07030
    • New Jersey Center for Microchemical Systems, Stevens Institute of Technology, Hoboken, NJ, U.S.A. 07030
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Abstract

A quasi-steady state shell and shrinking core approach which recognizes heat and mass transfer resistances in both the gas and particle phases for drying of a porous particle is proposed. A mean field model (constant properties) using this approach was embedded in a spreadsheet combined with a genetic algorithm for parameter identification to provide an easy means of characterizing the drying process from drying data. In drying, assuming a mean field, four major parameters are typically unknown: two related to the process (heat and mass transfer coefficients) and two which incorporate porous particle properties (shell thermal conductivity and vapour diffusivity). It is shown how these four parameters may be determined from experimental drying data. The model was applied to data for spouted bed drying of rice. For the particular case studied, external heat transfer was found to be the controlling mode, although resistance to moisture diffusion within the particle is important. The approach presented admits of future refinements to improve its scope and utility.

Abstract

On propose une approche à noyau rétrécissant et peau en régime quasi permanent qui prend en considération les résistances aux transferts de chaleur et de matière des phases gazeuse et particulaires pour le séchage d'une particule poreuse. Un modèle de champ moyen (propriétés constantes) utilisant cette approche a été programmé dans un tableur combiné à un algorithme génétique pour l'identification des paramètres, dans le but d'obtenir une manière facile pour caractériser le procédé de séchage à partir de données de séchage. En séchage, en supposant un champ moyen, quatre paramètres principaux sont typiquement inconnus: deux qui sont reliés au procédé (coefficients de transfert de chaleur et de matière) et deux qui incorporent les propriétés des particules poreuses (conductivité thermique de la peau et diffusivité de la vapeur). On montre comment ces quatre paramètres peuvent être déterminés à partir des données de séchage expérimentales. Le modèle a été appliqué aux données de séchage de riz en lit jaillissant. Pour le cas particulier étudié, on a trouvé que le transfert de chaleur externe est le mode contrôlant, bien que la résistance à la diffusion de l'humidité dans la particule soit importante. L'approche présentée peut se prêter à des améliorations pour étendre sa portée et son utilité.

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